Cómo seleccionar una fresadora CNC de 5 ejes para la fabricación de moldes

En el pasado, las fresadoras CNC de 5 ejes se construían y comercializaban para el dominio de los fabricantes aeroespaciales y de generación de energía. Sin embargo, la adopción de centros de mecanizado de 5 ejes ha aumentado para los fabricantes de moldes en los últimos años. Entonces, ¿qué debe buscar cuando compre una fresadora CNC de 5 ejes para la fabricación de moldes?

Ventajas CNC de 5 ejes

Hay muchas ventajas al implementar el mecanizado de 5 ejes para la fabricación de moldes, algunas de las más comunes son:

Utilice menos configuraciones

El mecanizado de 5 ejes permite fresar formas complejas con una configuración en lugar de múltiples configuraciones para adaptarse a la máquina, el husillo y las herramientas. Esto reduce las tolerancias entre las funciones, especialmente para agujeros o funciones que están en ángulos compuestos.

Esto también puede reducir el tiempo total de configuración. Una reorientación rápida de la máquina toma solo unos segundos, mientras que cambiar las configuraciones puede llevar mucho más tiempo, del orden de horas, según la complejidad y los requisitos de la pieza. Las máquinas de 5 ejes pueden ahorrar un tiempo valioso, reducir el tiempo de trabajo y ganar más negocios.

Acabado con cortadores más cortos

Las capacidades completas de 5 ejes pueden inclinar el eje de la herramienta alrededor de la pieza, lo que permite cortadores más cortos y relaciones L/D (longitud a diámetro) más pequeñas. Esto ayuda a reducir la vibración y la desviación de la herramienta para proporcionar un acabado superficial superior.

Fresar áreas más profundas

A menudo, las áreas profundas de una pieza que son difíciles de alcanzar directamente en el eje Z se pueden fresar girando el eje de la herramienta y realizando un 3+2 o funcionamiento simultáneo de 5 ejes.

Ahorre tiempo y dinero

El uso de cortadores más cortos a menudo permite velocidades de avance más rápidas debido a la reducción de la deflexión y la vibración. El fresado CNC de 5 ejes de áreas profundas y costillas puede reducir la necesidad de operaciones de EDM más lentas, lo que reduce el tiempo de envío. Juntos ahorran tiempo y dinero en la fabricación de moldes.

En general, el mecanizado de 5 ejes puede ayudarlo a producir piezas superiores con tolerancias más estrictas en las características clave en menos tiempo, para que su negocio pueda seguir siendo competitivo.

3+2 versus 5 ejes simultáneos

Cuando se analiza el mecanizado de 5 ejes, es importante diferenciar las diferencias entre el mecanizado de 3+2 ejes y el mecanizado simultáneo de 5 ejes. Generalmente, una fresadora CNC de 5 ejes tendrá tres ejes lineales:X, Y y Z. También tendrán dos ejes giratorios, ya sea A y B, A y C o B y C. El eje de rotación corresponde al eje lineal. Por ejemplo, el eje A de rotación gira alrededor del eje X lineal. El eje B gira alrededor de Y, y el eje C gira alrededor de Z. La mayoría de las fresadoras de 5 ejes utilizadas en la fabricación de moldes tienen una configuración A&C o B&C.

Mecanizado de 3+2 ejes

La máquina gira a su posición, utilizando los dos ejes de rotación, luego realiza un corte tradicional de 3 ejes. Primero gira, luego corta, pero no al mismo tiempo. Piense en esto como establecer cualquier vector de herramienta para un plano de trabajo temporal y realizar un corte de 3 ejes desde allí. Dado que está configurando un lugar de trabajo, los ciclos fijos tradicionales, como el taladrado, generalmente se pueden usar durante el mecanizado de 3+2 ejes.

El mecanizado de 3+2 ejes tiene la ventaja de una programación más sencilla. Fusion 360 hace que las operaciones 3+2 sean especialmente fáciles:simplemente hay una casilla de verificación en cada operación de fresado que le permite reorientar la herramienta mediante una selección de geometría rápida, controladores gráficos o la alineación con la vista actual. Este enfoque de programación simplificado hace que sea fácil sacar el máximo provecho de su máquina.

Mecanizado simultáneo de 5 ejes

En este modo, los ejes de rotación se pueden utilizar al mismo tiempo que los ejes lineales. Es decir, los cinco ejes se pueden usar simultáneamente. Rotando y fresando al mismo tiempo. El movimiento continuo significa que la herramienta permanece en contacto con la pieza y posiblemente tenga menos retracciones o áreas para mezclar.

Fusion 360 también ofrece operaciones simultáneas de 5 ejes para aumentar su capacidad para piezas complejas y utilizar sus máquinas a su máximo potencial.

Es importante tener en cuenta que la mayoría de las máquinas de 5 ejes realizan un fresado de 3+2 ejes alrededor del 80 % (¡o más!) del tiempo en el molde haciendo. El mecanizado simultáneo está reservado para ciertas aplicaciones únicas, generalmente cuando 3+2 no es suficiente.

Diferencias básicas del molino

Hay muchos estilos diferentes de diseños de fresadoras CNC de 5 ejes. Para este artículo, lo simplificaremos en dos grupos principales; mesa giratoria o cabezal giratorio.

Los diseños de mesa giratoria son aquellos en los que la pieza se monta en una mesa que gira, normalmente con un movimiento del eje C. O la mesa realiza la otra rotación, como en el caso de un muñón, o el husillo tiene un eje de rotación para completar una máquina de 5 ejes.

Los diseños de cabezales giratorios suelen utilizar algún nudillo en el que se monta el husillo. El nudillo normalmente permite dos ejes de rotación, generalmente A y C o, a veces, pero con menos frecuencia, B y C.

Algunas ventajas de los diseños de mesa giratoria son:

• Mayor rigidez que los diseños de cabeza giratoria
• Mayor velocidad y rendimiento que los diseños de cabeza giratoria

Algunas ventajas de los diseños de cabeza giratoria son:

• Envolventes de trabajo más grandes y piezas más pesadas que los diseños de mesa giratoria
• Más versatilidad con accesorios y piezas múltiples que los diseños de mesa giratoria

Independientemente de la configuración que decida usar, Fusion 360 programa cada uno de la misma manera para que la programación sea sencilla. Incluso ofrecemos una biblioteca de posprocesadores rápidos, gratuitos y totalmente personalizables para que pueda adaptar su código G a sus necesidades y hacer las piezas correctamente.

Tamaño del área de trabajo

Una de las mayores consideraciones al comprar una fresadora CNC de 5 ejes es el tamaño del área de trabajo. Un error común es comprar un molino demasiado pequeño la primera vez.

Al igual que en el mecanizado de 3 ejes, el recorrido Z de la máquina es importante al mecanizar cavidades. Necesita suficiente recorrido en Z para adaptarse a la pieza y herramientas largas para retraerse fuera de la pieza. Es necesario un espacio libre adicional en una máquina de 5 ejes para que la herramienta se retraiga alrededor de la pieza.

Mientras compra, cuando considere una máquina de 5 ejes, considere la parte más grande que usaría en la máquina y agregue su herramienta más larga a las dimensiones todas alrededor de la parte. Esto le ayudará a asegurarse de comprar un molino con espacio libre suficiente.

Limitaciones del eje

Al considerar una fresadora de 5 ejes, tenga en cuenta las limitaciones de los ejes de rotación. Los límites en la rotación limitarán la cantidad de una pieza que puede fresar en 5 ejes. Si necesita fresar piezas con condiciones de retroceso, asegúrese de que su fresadora CNC de 5 ejes tenga suficiente capacidad de rotación para lograrlo.

Además, si utiliza una fresadora típica de 5 ejes, averigüe si el eje C tiene algún límite o no. Un eje C ilimitado le permite girar continuamente la pieza mientras la fresa. Piense en un objeto como una botella de refresco. Con un eje C continuo, puede seguir girando la botella mientras la muele de arriba a abajo, las áreas de retroceso y todo.

Las máquinas con límites de rotación del eje C se verán obligadas a retraerse lejos de la pieza, desenrollar el eje, volver a acercarse a la pieza y continuar fresando . Estos movimientos de desenrollado pueden desperdiciar un valioso tiempo de fresado con movimientos en el aire simplemente debido a los límites.

Controlador

Sin el controlador de la fresadora, todo lo que tiene es un gran trozo de metal costoso. Su trabajo es tomar datos del codificador en los ejes lineales y de rotación y controlar lo que hacen los motores a continuación.

En 5 ejes simultáneos, el controlador no solo tiene que sincronizar con precisión los movimientos lineales X, Y y Z, sino que también tiene que gestionar la rotación hachas también. Esto es más difícil a medida que aumentan las velocidades cuando los componentes se alejan más del centro de rotación.

No todos los controladores de 5 ejes son iguales. Algunos sincronizan mejor que otros; algunos ralentizan el proceso de fresado cuando se realizan 5 ejes simultáneos. Al comprar una fresadora CNC de 5 ejes, es importante tener en cuenta las velocidades realistas disponibles en el modo de 5 ejes simultáneos.

Otra cosa a tener en cuenta al comprar una fresadora CNC de 5 ejes es qué tan bien configura el controlador los lugares de trabajo para el mecanizado de 3+2 ejes. ¿Todos los ciclos fijos están disponibles en cualquier inclinación? ¿Qué se requiere en la salida posprocesada para gestionar los adelgazamientos?

Otra consideración es si el controlador tiene una forma de configurar RTCP, punto central de la herramienta de rotación. Aquí es donde el controlador conoce el origen de la pieza en relación con el centro de rotaciones y puede calcular con precisión los movimientos necesarios para la pieza programada. Alguna forma de RTCP (a veces llamado TCPM) normalmente usa 5 ejes simultáneos para terminar las piezas del molde.

Sujeción de herramientas

Cuando se utilizan husillos y herramientas de alto rendimiento, el sistema de portaherramientas puede afectar positiva o negativamente la rigidez general. Algunos sistemas de sujeción de portaherramientas sujetan desde el exterior del portaherramientas con presión hacia adentro. Otros sistemas sujetan desde el interior del soporte con fuerza hacia el exterior. Estos últimos sistemas, que sujetan desde el interior con fuerza hacia el exterior, son ayudados por la fuerza centrípeta de las rotaciones de los husillos de alta velocidad.

Vías Lineales

La mayoría de las fresadoras CNC utilizan husillos de bolas, que incluyen rodamientos de bolas para reducir la fricción, para controlar el movimiento. Algunos desarrollos recientes en máquinas CNC son reemplazar el motor y el husillo de bolas con un motor lineal. Los costos de las máquinas equipadas con motores lineales suelen ser más altos. Sin embargo, en promedio, pueden proporcionar niveles de aceleración más altos, mayor precisión y un funcionamiento más suave.

Es importante tener en cuenta que esas ventajas se comparan con las fresadoras CNC de 5 ejes de nivel medio. Las fresadoras de 5 ejes de gama alta con codificadores, escalas, tornillos y motores más robustos proporcionan las mismas velocidades y precisiones disponibles en los motores lineales.

Archivos CAD

Al realizar un mecanizado de 5 ejes, querrá simular y verificar sus programas CNC antes de ejecutarlos en la fresadora. A medida que comienza a girar la pieza o el cabezal, aumentan las posibilidades de colisión entre la máquina y la pieza.

Las simulaciones precisas comienzan con datos CAD 3D precisos de la fresadora CNC de 5 ejes. Sin una representación precisa de la máquina, la simulación es, en el mejor de los casos, una estimación. Esto incluye el eje, la mesa y todas las partes que lo hacen girar, sea del estilo que sea.

Algunos proveedores de máquinas proporcionan archivos CAD de sus molinos, algunos cobran por ello y otros no los proporcionan. Ya sea que los archivos CAD se proporcionen, se compren o los diseñe usted mismo, deberá verificar los datos 3D con las dimensiones reales de la máquina para asegurarse de que sean precisos.

Agregar fresado de 5 ejes a la fabricación de moldes tiene muchas ventajas y puede mejorar los acabados, reducir el tiempo de envío y reducir la necesidad de operaciones de EDM.

Al considerar una fresadora CNC de 5 ejes, considere aumentar un tamaño de lo que cree que necesita. Verifique las capacidades de RTCP para el mecanizado simultáneo de 5 ejes. Compruebe la sencillez de utilizar diferentes planos de trabajo temporales para mecanizados de 3+2 ejes. Considere componentes más robustos y de mayor calidad para velocidades más altas, precisión y calidad de acabado.

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